专利名称：一种电网电压基波分量及谐波分量的检测方法
技术领域：
本发明涉及信号处理领域，具体涉及一种电压基波和谐波分量的检测方法。
背景技术：
电网电压基波及各次谐波正序、负序、零序分量的幅值、相角及频率是可再生能源并网发电变流器、不间断电源、有源滤波器、动态电压恢复器、电力系统FACTS等正常运行的必要信息。因此研究电网电压基波及谐波分量的分离算法具有重要的实用价值。赵国亮、刘宝志、肖湘宁等在文章《一种无时延的改进d_q变换在动态电压扰动识别中的应用》(电网技术，2004，观(7) :53-57)中提出了无时延的改进dq变换法，张庆超、肖玉龙在文章《一种改进的电压暂降检测方法》(电工技术学报，2006，21 O) :123-126)中提出了改进的α β变换检测法等，此类方法可以比较快速的检测出电压跌落的幅值和相角。 这两种方法是通过求导由已知电压得到虚拟电压，然而A/D采样会引起正弦电压波形带有毛刺，给求导结果造成很大误差。P. Rodriguez和J. Pou等人在文献《Decoupled double synchronous reference frame PLL for power converters control))(IEEE Transactions on Power Electronics, 2007, 22 (2) =584-592)中提出了基于双同步坐标系的改进锁相环， 可适用于检测不平衡电压下的基波正负序分量及频率偏移，但是在谐波含量较高时，锁相环的输出会产生较大的震荡，而且不能检测谐波分量。M. K. Ghartemani和M. Reza Iravani 在文献〈〈Amethod for synchronization of power electronic converters in polluted and variable-frequency environments》 (IEEE Transactions on Power Systems, 2004,19(3) :1263-1270)中提出了增强型锁相环，其主要的优点就是改变了鉴相器的机制，更具有灵活性，可以检测更多信息，但是暂态响应过慢。C. -H. Huang和C. -H. Lee等人在文献《Frequency estimation ofdistorted power system signals using a robust algorithm)) (IEEE Transactions on Power Delivery, 2008, 23 (1) :41-51)提出了一种基于卡尔曼滤波的检测方法，可以同时对电压的幅值、相角、频率进行估计，但只是针对单相情况，不能估计电压的正负序分量。
发明内容
本发明是为了解决现有的电压基波和谐波分量检测方法的检测精度低的问题，从而提供一种电网电压基波分量及谐波分量的检测方法。一种电网电压基波分量及谐波分量的检测方法，它由以下步骤实现步骤一、根据LMS算法构造陷波器，采集电网电压各相的电压信号，采用所述陷波器对采集获得的各相电压信号进行分离，获得每相电压的基波分量和各次谐波分量；步骤二、将步骤一中获得的A相电压的基波分量中的误差信号作为锁相环的反馈，并采用锁相环获得电网电压频率的估计值和相位的估计值，所述电网电压频率的估计值和相位的估计值用于生成构造陷波器的LMS算法所需的参考输入向量；步骤三、根据步骤一获得的每相电压的基波分量和各次谐波分量，采用对称分量
5法，检测基波和各次谐波的正序、负序和零序信息，并作为检测结果，完成电网电压基波和谐波分量检测。步骤一所述的根据LMS算法构造陷波器，采集电网电压各相的电压信号，采用所述陷波器对采集获得的各相电压信号进行分离获得基波分量和各次谐波分量，获得每相电压的基波分量和各次谐波分量的具体过程为将每相电网电压采用表达式
权利要求
1.一种电网电压基波分量及谐波分量的检测方法，其特征是它由以下步骤实现 步骤一、根据LMS算法构造陷波器，采集电网电压各相的电压信号，采用所述陷波器对采集获得的各相电压信号进行分离，获得每相电压的基波分量和各次谐波分量；步骤二、将步骤一中获得的A相电压的基波分量中的误差信号作为锁相环的反馈，并采用锁相环获得电网电压频率的估计值和相位的估计值，所述电网电压频率的估计值和相位的估计值用于生成构造陷波器的LMS算法所需的参考输入向量；步骤三、根据步骤一获得的每相电压的基波分量和各次谐波分量，采用对称分量法，检测基波和各次谐波的正序、负序和零序信息，并作为检测结果，完成电网电压基波和谐波分量检测。
2.根据权利要求1所述的一种电网电压基波分量及谐波分量的检测方法，其特征在于步骤一所述的根据LMS算法构造陷波器，采集电网电压各相的电压信号，采用所述陷波器对采集获得的各相电压信号进行分离获得基波分量和各次谐波分量，获得每相电压的基波分量和各次谐波分量的具体过程为将每相电网电压采用表达式Nu{t) = YjUn sin(細 + φη)n-\表示，式中，钆为11次谐波的幅值，ω为基波频率，t为时间，礼为η次谐波的初始相角， η为正整数，所述基波相角为Λ0Μ + φγ=Μ + θ式中4表示由锁相环得到的基波相角估计值，Δ θ表示基波相角估计误差，因此η次谐波的相角为Aηω + φη=ηθ+η ^θ + {φη- ηφγ)把η次谐波的相角代入单相电网电压的表达式，整理得ΛΛu(t) = U1 cos(A<9) sin θ+ U1 sin(A<9) cos Θ+N rλ工 < Un cos( A θ + {φη- ηφλ)) sin( θ) +n=2 LUn sin( A<9 + {φη -ηφγ))cos( 式中f/ cos(Mθ+(φη-ηφλ))、^sin(wA没+ (礼- 例))为调节系数，所述调节系数选用LMS算法选取；将上述中的电网电压表示成两个向量内积的形式，即Y = WtX式中，^为运用基于LMS的陷波器估计出的电网电压u(t)，W为权向量，其表达式为 W = [L^1 cos(A^), U1 sin(A^),…,Un οο^θ+(φη -ηφλ)\ Un ^θ+(φη-ncpj), · · ·]ΤX为參考输入向量，表达式为
3.根据权利要求2所述的ー种电网电压基波分量及谐波分量的检测方法，其特征在于 步骤ニ中所述的将步骤一中获得的A相电压的基波分量中的误差信号作为锁相环的反馈， 并采用锁相环获得电网电压频率的估计值和相位的估计值的具体过程为将步骤一获得的权向量W的表达式修改为 W= [W11, W12，…，Wnl，Wn2，...]T 在LMS算法中利用误差信号e (n)通过公式 ff(n+l) = ff(n)+ ne(n)X(n)调节权向量W，其中，n为学习步长，且O < n彡l，x(n)为參考输入向量中的输入信号；然后，根据公式W12 = U1Sin ( A 6 )获得电网电压相角的估计误差；采用经典ニ阶锁相环控制系统，将电网电压相角的估计误差进行滤波并积分，获得电 网电压频率的估计值和相位的估计值。
4.根据权利要求3所述的ー种电网电压基波分量及谐波分量的检测方法，其特征在于 步骤三所述的根据步骤一获得的每相电压的基波分量和各次谐波分量采用对称分量法检 测基波和各次谐波的正序、负序和零序信息的具体方法是对于单一频率的三相电网电压V(t)，其表达式为
全文摘要
一种电网电压基波分量及谐波分量的检测方法，涉及信号处理领域，它解决了现有的电压基波分量和谐波分量检测方法的检测精度低的问题。其方法根据LMS算法构造陷波器，采用所述陷波器在电网电压中分离出基波分量和各次谐波分量，获得每相电压的基波分量和各次谐波分量；将获得的A相电压的基波分量中的误差信号作为锁相环的反馈，并采用锁相环获得电网电压频率的估计值和相位的估计值；根据获得的每相电压的基波分量和各次谐波分量，采用对称分量法，检测基波和各次谐波的正序、负序和零序信息，并作为检测结果，完成电网电压基波和谐波分量检测。本发明适用于电网电压基波和谐波分量检测。
文档编号G01R23/16GK102401858SQ20111024168
公开日2012年4月4日 申请日期2011年8月22日 优先权日2011年8月22日
发明者刘义成, 张学广, 徐殿国, 景卉 申请人:哈尔滨工业大学